(57)【要約】【課題】  周りの雰囲気、特に湿度が変化しても排トナーの量を正確に検出することができる排トナーボックスを提供する。【解決手段】  排トナーＴ’を収容するボックス本体１０と、このボックス本体１０内において回転することにより排トナーＴ’を攪拌する回転部材１１とを備え、回転部材１１の回転トルクに応じてボックス本体１０内における排トナーＴ’の量を検出可能に構成されている排トナーボックスＡであって、ボックス本体１０内には、排トナーＴ’の粒径より大きい粒状の滑剤１２が所定量充填されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排トナーを収容するボックス本体と、このボックス本体内において回転することにより上記排トナーを攪拌する回転部材とを備え、上記回転部材の回転トルクに応じて上記ボックス本体内における排トナーの量を検出可能に構成されている排トナーボックスであって、
上記ボックス本体内には、上記排トナーの粒径より大きい粒状の滑剤が所定量充填されていることを特徴とする、排トナーボックス。
【請求項２】
上記滑剤の所定量は、上記ボックス本体内の排トナーが満杯の状態になっても、これら滑剤と排トナーとを合わせた全体量に対する混合比率を２０％以上に維持しうる量とされている、請求項１に記載の排トナーボックス。
【請求項３】
上記滑剤の粒径は、上記排トナーの粒径の１０倍以上である、請求項１または２に記載の排トナーボックス。
【請求項４】
上記滑剤は、上記回転部材の少なくとも回転領域半分を占めるように上記ボックス本体内に充填されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の排トナーボックス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の排トナーボックスを備えたことを特徴とする、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電子写真方式の画像形成装置において排トナーを回収する排トナーボックス、およびそのような排トナーボックスを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置として、たとえばプリンタには、用紙に転写されずに感光体ドラム上に残った排トナーを除去するクリーニング装置や、除去された排トナーを回収するための排トナーボックスなどが設けられている。
【０００３】
上記排トナーボックスの従来例としては、図８に示すようなものがある。この排トナーボックスＸは、排トナーＴ’を収容するボックス本体１００と、このボックス本体１００内において回転することにより排トナーＴ’を攪拌する回転パドル１１０とを備えている。回転パドル１１０は、図示しない駆動モータによって回転させられる。なお、プリンタ内には、感光体ドラム１の外周に沿うように、帯電ローラ２、露光部３、現像器４、転写部５、およびクリーニング装置６が配置されている。排トナーボックスＸは、クリーニング装置６の搬送スクリュー６１によって送り出された排トナーＴ’を受ける箇所に配置されている。また、プリンタ内には、上記駆動モータに供給される電流値に基づいて回転トルクを検出し、さらにその回転トルクに応じて排トナーＴ’の量を検出するマイクロコンピュータ（図示省略）が内蔵されている。
【０００４】
このような排トナーボックスＸによれば、ボックス本体１００内における排トナーＴ’の量が多いほど、回転パドル１１０が排トナーＴ’を攪拌する際に受ける抵抗が大きくなり、回転トルクが大きくなる。逆に、排トナーＴ’の量が少なければ、回転トルクが小さくなる。これにより、プリンタのマイクロコンピュータは、回転トルクに基づいて排トナーボックスＸにおける排トナーＴ’の量を検出している。
【０００５】
一方、上記クリーニング装置の従来例としては、たとえば特許文献１に開示されているものがある。このクリーニング装置においては、搬送スクリューによって搬送される排トナーに滑剤を混入している。これは、搬送スクリューが設けられた搬送部の内部における排トナーの堆積を防ぐとともに、排トナーの動きが止まってしまうような状態（ブロッキング現象）を防ぐためである。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３２４６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の排トナーボックスＸでは、周りの雰囲気によって排トナーＴ’の検出量に大きなばらつきを生じ、排トナーＴ’の量を正確に検出できないという難点があった。これは、以下の理由による。
【０００８】
排トナーボックスＸに収容された排トナーＴ’は、特に湿度の変化によって流動性が変わりやすい。この「流動性」とは、粉状にまとまったもの（排トナー）を規定サイズの隙間から落とし、一定時間内のその滑り落ちる量を測ることによって定量化できる粉状物特有の性質を意味する。たとえば高湿の環境では、排トナーＴ’が多くの湿気を吸うことで流動性が悪化する。そのため、回転パドル１１０が排トナーＴ’を攪拌する際に受ける抵抗が大きくなり、回転トルクが大きめに検出されて排トナーＴ’の検出量が大きくなってしまう。逆に、低湿の環境では、排トナーＴ’の流動性が良いために回転トルクが小さめに検出され、排トナーＴ’の検出量も小さめとなる。これでは、排トナーＴ’の量を正確に検出できない。
【０００９】
一方、上記従来のクリーニング装置のように排トナーに滑剤を混入すれば、排トナーの流動性を一様に向上させることができる。しかしながら、排トナーの搬送途中に滑剤を混入したのでは、排トナーボックス内における排トナーと滑剤との割合がほぼ一定で均等な粒状となり、これらの全体量に関係なく排トナーボックス内の流動性が一様になってしまう。したがって、従来のクリーニング装置をそのまま適用しても、排トナーボックス内における排トナーの量を正確に検出することはできなかった。
【００１０】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、周りの雰囲気、特に湿度が変化しても排トナーの量を正確に検出することができる、排トナーボックスおよび画像形成装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１２】
本願発明の第１の側面によって提供される排トナーボックスは、排トナーを収容するボックス本体と、このボックス本体内において回転することにより上記排トナーを攪拌する回転部材とを備え、上記回転部材の回転トルクに応じて上記ボックス本体内における排トナーの量を検出可能に構成されている排トナーボックスであって、上記ボックス本体内には、上記排トナーの粒径より大きい粒状の滑剤が所定量充填されていることを特徴としている。
【００１３】
ボックス本体内に収容された排トナーは、所定量充填された滑剤との割合に応じて、その流動性が変化する。これは、滑剤の粒径が排トナーの粒径より大きいほどより顕著となる。その一方、ボックス本体内においては、排トナーの量が変わらなければ、排トナーと滑剤とが一定の割合で混ざった状態となるため、湿度が変化しても流動性はほとんど変わらないことが判明している。したがって、排トナーボックスにおいては、排トナーと滑剤とを合わせた全体量が同じであれば、湿度に影響されることなく回転部材が攪拌する際に受ける抵抗がほとんど変わらないこととなる。これにより、周りの雰囲気、特に湿度が変化しても回転部材の回転トルクに応じて排トナーの量を正確に検出することができる。
【００１４】
本願発明の第１の側面に係る好ましい実施の形態としては、上記滑剤の所定量は、上記ボックス本体内の排トナーが満杯の状態になっても、これら滑剤と排トナーとを合わせた全体量に対する混合比率を２０％以上に維持しうる量とされている。
【００１５】
このような構成によれば、ボックス本体内における排トナーの量が増えれば、上記滑剤の混合比率が次第に低下する。たとえば、ボックス本体内に排トナーが全くなければ、滑剤の混合比率は１００％であり、排トナーが満杯になると、滑剤の混合比率が最低２０％にまで低下する。このように排トナーの量が増えるに連れて滑剤の混合比率がある程度まで減ると、回転部材に対する抵抗として排トナーの量が次第に影響する。その結果、回転部材の回転トルクが徐々に変化することとなり、そのような回転トルクに基づいて排トナーの量を正確に検出することができる。
【００１６】
本願発明の第１の側面に係る好ましい実施の形態としては、上記滑剤の粒径は、上記排トナーの粒径の１０倍以上である。
【００１７】
このような構成によれば、粒径が１０倍以上異なる排トナーと滑剤とが混ざることにより、回転部材に対する抵抗として比較的小粒の排トナーの量が影響しやすくなる。そのため、回転部材の回転トルクについては、排トナーの量が増えるに連れて確実に変化させることができる。
【００１８】
本願発明の第１の側面に係る好ましい実施の形態としては、上記滑剤は、上記回転部材の少なくとも回転領域半分を占めるように上記ボックス本体内に充填されている。なお、この場合の「少なくとも回転領域半分を占める」とは、ボックス本体内に排トナーが全くない状態で、かつ、回転部材の回転領域半分以上を満たすようにあらかじめ滑剤が充填されていることを意味する。
【００１９】
このような構成によれば、回転部材の回転領域半分以上に滑剤が充填されていることにより、ボックス本体内に排トナーが全くない状態から満杯の状態になるまで、回転部材の回転トルクを緩やかな傾向で変化させることができる。
【００２０】
本願発明の第２の側面によって提供される画像形成装置は、上記第１の側面に係る排トナーボックスを備えたことを特徴としている。
【００２１】
このような構成によれば、上記排トナーボックスを利用して排トナーの量を正確に検出することができる画像形成装置、たとえば電子写真方式のプリンタ、コピー機、あるいはファクシミリ装置を実現することができる。
【００２２】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１〜３は、本願発明に係る画像形成装置の一実施形態を示している。本実施形態の画像形成装置は、たとえば電子写真方式のプリンタであり、図１にその内部を示すように、感光体ドラム１、帯電ローラ２、露光部３、現像器４、転写部５、クリーニング装置６、排トナーボックスＡ、およびマイクロコンピュータ（図示省略）を備えている。これら感光体ドラム１、帯電ローラ２、露光部３、現像器４、転写部５、およびクリーニング装置６によって印刷部が構成されている。クリーニング装置６は、現像器４から感光体ドラム１上に供給されたトナーＴのうち、転写部５において用紙Ｐに転写されずに感光体ドラム１上に残った排トナーＴ’をブレード６０によって除去する。除去された排トナーＴ’は、クリーニング装置６の搬送スクリュー６１によって紙面を貫く方向に送られ、最終的に排トナーボックスＡへと搬送される。なお、排トナーボックスＡ以外の構成要素については、従来と同一または類似の要素であるため同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００２５】
排トナーボックスＡは、排トナーＴ’を収容するボックス本体１０、このボックス本体１０内において水平な軸を中心に回転するとともに排トナーＴ’を攪拌する回転パドル１１、およびボックス本体１０内に予め充填された滑剤１２とを備えている。
【００２６】
排トナーボックスＡのボックス本体１０は、相当量の排トナーＴ’を溜めておくことができる容積を有する。このようなボックス本体１０は、その内部に排トナーＴ’が満杯状態になると、新たなものに交換される。なお、ボックス本体１０の側面には、回転パドル１１の回転軸がその外周をシールされた状態で回転自在に支持されている。これにより、ボックス本体１０と回転パドル１１とは一体化されている。
【００２７】
回転パドル１１は、図示しない駆動モータによって羽根車状に回転させられる。回転パドル１１の回転軸は、その一端がボックス本体１０の側面から外部に突き出ており、駆動モータの軸とギアなどを介して着脱自在に連結されている。図２および図３に示すように回転パドル１１が所定角度回転すると、滑剤１２あるいは滑剤１２と混ざった状態の排トナーＴ’が回転パドル１１によって攪拌される。その際、攪拌する量が多いほど、回転パドル１１を回転させる駆動モータの負荷が大となり、この駆動モータに供給される電流値が大きくなる。逆に、攪拌する量が少ないと上記電流値が小さくなる。このような電流値に基づいてマイクロコンピュータは、回転パドル１１が回転する際の回転トルクを検出し、さらにその回転トルクに基づいてボックス本体１０内における排トナーＴ’の量を検出している。排トナーＴ’の量が満杯レベルにあることを検出すると、マイクロコンピュータは、ボックス本体１０の交換時期にあると判断し、図示しない表示部などにその旨のメッセージなどを表示させる。
【００２８】
滑剤１２は、排トナーＴ’（トナーＴ）と同じ材質、たとえばポリエステル樹脂を粒状に固めたものである。滑剤１２の粒径は、常識的に粒状と認められる範囲内で排トナーＴ’の粒径の１０倍以上とされている。また、滑剤１２は、図２に示すようにボックス本体１０内に排トナーＴ’が全く存在しない状態においては、回転パドル１１の回転領域（同図に破線で示す）の半分以上を占めるように予め充填されている。これにより、回転パドル１１は、ボックス本体１０内に排トナーＴ’が全くない状態から満杯の状態になるまで攪拌する際に必ず抵抗を受ける。そのような回転パドル１１の抵抗に比例する回転トルクは、ボックス本体１０内に排トナーＴ’が増えるに連れて緩やかな傾向で変化することとなる。このような滑剤１２の充填量は、ボックス本体１０内における排トナーＴ’が次第に増えて満杯の状態になっても、混合比率を２０％以上に維持しうる量とされている。この「混合比率」とは、ボックス本体１０内における滑剤１２と排トナーＴ’とを合わせた全体量に対し、予めボックス本体１０内に充填されている滑剤１２の充填量の体積割合を意味する。なお、上記全体量や充填量は、見かけ上の体積である。したがって、ボックス本体１０内に排トナーＴ’が全く存在しない状態では、混合比率は１００％であり、排トナーＴ’が増えるに連れて混合比率が次第に低下することとなる。
【００２９】
次に、排トナーボックスＡの機能について説明する。
【００３０】
排トナーボックスＡのボックス本体１０には、印刷動作ごとにクリーニング装置６から排トナーＴ’が送り込まれる。この排トナーＴ’は、ボックス本体１０内に予め充填されている滑剤１２と混ざった状態となり、印刷動作を繰り返すごとにその量が増えていく。一方、回転パドル１１は、定期的に回転させられることにより、ボックス本体１０内における排トナーＴ’と滑剤１２とを攪拌する。この回転パドル１１が回転する際、ボックス本体１０内における排トナーＴ’の量が多いほど、回転パドル１１が攪拌する際に受ける抵抗が大きくなり、マイクロコンピュータによって検出される回転トルクが大きくなる。逆に、排トナーＴ’の量が少なければ、回転トルクが小さくなる。これにより、マイクロコンピュータは、回転トルクに基づいて排トナーボックスＡにおける排トナーＴ’の量を検出している。ここで、回転パドル１１が攪拌する際に受ける抵抗は、ボックス本体１０内における流動性と大きく関係している。一般的には、流動性が良く（大きく）なれば、抵抗が小さくなる。
【００３１】
図４〜図６は、滑剤の充填量に対する排トナーの量の割合、流動性、排トナーに対する滑剤の粒径比といった３つの関係についての実験結果を示す図である。なお、図４は、室内の温度が２５℃で湿度５０％に保った状態（常温常湿状態）の実験結果、図５は、室内の温度が３２℃で湿度８０％に保った状態（高温高湿状態）の実験結果、図６は、室内の温度が１０℃で湿度２０％に保った状態（低温低湿状態）の実験結果を示している。滑剤の充填量に対する排トナーの量の割合は重量比であるが、この割合は見かけ上の体積比でもよい。流動性については、滑剤と混ざった状態の排トナーを規定サイズの隙間から落とし、一定時間内のその滑り落ちる量を測ることによって数値化している。その他の条件、たとえば滑剤の充填量などについては、本実施形態に係る排トナーボックスＡと同一条件である。
【００３２】
まず、図４を参照して粒径比が異なる場合の流動性に着目すると、粒径比が「１」や「５」の場合では、滑剤に対する排トナーの割合が増えても流動性がそれほど上昇しない傾向にある。一方、粒径比が「１０」や「２０」の場合では、滑剤に対する排トナーの割合が増えるに連れて流動性が概ね良好に上昇する傾向にある。これは、比較的小粒の排トナーの方が流動性を変化させる要因として強く作用するためと考えられる。これにより、滑剤の粒径が排トナーの粒径に対して略１０倍以上あれば、排トナーの量に応じて流動性が大きく変わる。このような点から本実施形態においては、滑剤１２の粒径が排トナーＴ’の粒径に対して略１０倍以上とされている。したがって、排トナーボックスＡにおいては、排トナーＴ’の量に応じて回転パドル１１の回転トルクが大きく変化する。そのような回転トルクに応じてマイクロコンピュータは、ボックス本体１０内の排トナーＴ’の量を精度良く検出することができる。なお、マイクロコンピュータは、排トナーの増量分と滑剤の充填量とを合わせた全体量を検出するとしてもよいし、そのような全体量から滑剤の充填量を差し引くことで排トナーの絶対量を検出するとしてもよい。
【００３３】
一方、図５に示されているように高温高湿状態になると、粒径比が「１」や「５」の場合には、図４に比べて流動性が悪く（小さく）なる傾向にある。これは、排トナーが湿気を吸って固まりやすくなるためである。そうなると、回転パドルによる攪拌する際の抵抗が大きめとなり、回転パドルの回転トルクも大きめに検出されてしまう。一方、粒径比が「１０」や「２０」の場合には、高温高湿状態となっても流動性については、図４に示される傾向とほぼ同様の傾向にある。
【００３４】
また、図６に示されているように低温低湿状態になると、粒径比が「１」や「５」の場合には、図４に比べて流動性が良く（大きく）なる傾向にある。これは、高温高湿状態とは逆に排トナーが湿気を吸いにくくなって１粒１粒分離しやすくなるためである。そうなると、回転パドルによる攪拌する際の抵抗が小さめとなり、回転パドルの回転トルクも小さめに検出されてしまう。一方、粒径比が「１０」や「２０」の場合には、低温低湿状態となっても流動性については、図４に示される傾向とほぼ同様の傾向にある。
【００３５】
このような雰囲気環境の変化にも対応すべく、排トナーＴ’の量が変わらなければ流動性が変わることのないように、本実施形態においては、滑剤１２の粒径が排トナーＴ’の粒径に対して略１０倍以上とされている。つまり、排トナーボックスＡにおいては、排トナーＴ’が全くない状態から満杯の状態になるまで雰囲気環境の影響を受けることなく、計量規準となる曲線（図４〜図６における粒径比１０や２０に対応する曲線）にほぼ沿うように回転パドル１１の回転トルクが変化する。そのような回転トルクに応じてマイクロコンピュータは、ボックス本体１０内の排トナーＴ’の量を正確に検出することができる。
【００３６】
また、図７は、混合比率、流動性、雰囲気環境といった３つの関係についての実験結果を示す図である。なお、混合比率は、ボックス本体内を常に満杯とした場合の値を示している。たとえば、図７において混合比率が０％の場合、ボックス本体内に排トナーのみが満杯状態にある。また、混合比率が１００％の場合、ボックス本体内に滑剤のみが満杯状態にある。滑剤の粒径については、排トナーの粒径の略１０倍としている。雰囲気環境については、先述した条件と同じ高温高湿状態と低温低湿状態の２種類を示す。
【００３７】
図７に示すように、混合比率が２０％〜１００％の範囲内でボックス本体内が満杯状態の場合には、高温高湿状態であるか低温低湿状態であるかを問わず、流動性はほぼ一定に保たれる。一方、混合比率が２０％未満では、高温高湿状態と低温低湿状態とで流動性に差が生じる。これは、ボックス本体内に予め充填されている滑剤の充填量が排トナーの量に比べて少なすぎると、排トナーの量が回転パドルに対する抵抗として大きく作用するためである。そのような排トナーの流動性が温度湿度によって変化しやすいため、回転パドルの回転トルクを正確に検出できないこととなる。その点、本実施形態における滑剤１２の充填量については、満杯状態でも混合比率が２０％以上になる量とされている。そのため、温度湿度の影響を受けることなく回転パドル１１の回転トルクを正確に検出することができる。すなわち、ボックス本体１０内において満杯レベルにある排トナーＴ’の量を正確に検出することができる。
【００３８】
したがって、本実施形態に係る排トナーボックスＡによれば、周りの雰囲気、特に湿度が変化しても回転パドル１１の回転トルクに応じてボックス本体１０内における排トナーＴ’の量を正確に検出することができる。
【００３９】
なお、本願発明に係る排トナーボックスおよび画像形成装置は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
画像形成装置としては、たとえば電子写真方式のコピー機あるいはファクシミリ装置にも適用することができる。
【００４１】
回転パドルは、ボックス本体内において鉛直方向の軸を中心に回転するものとしてもよい。その場合、滑剤は、回転パドルの回転領域全体を占めるように予め充填しておけばよい。
【００４２】
回転パドルについては、ボックス本体から取り外し可能とし、ボックス本体のみを交換するものとしてもよい。
【００４３】
回転パドルは、印刷動作ごとに回転させられることによって、ボックス本体内における排トナーと滑剤とを攪拌するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す内部構成図である。
【図２】排トナーボックスの内部構造を示す図である。
【図３】排トナーボックスの内部構造を示す図である。
【図４】滑剤の充填量に対する排トナーの量の割合、流動性、排トナーに対する滑剤の粒径比といった３つの関係についての実験結果を示す図である。
【図５】滑剤の充填量に対する排トナーの量の割合、流動性、排トナーに対する滑剤の粒径比といった３つの関係についての実験結果を示す図である。
【図６】滑剤の充填量に対する排トナーの量の割合、流動性、排トナーに対する滑剤の粒径比といった３つの関係についての実験結果を示す図である。
【図７】混合比率、流動性、雰囲気環境といった３つの関係についての実験結果を示す図である。
【図８】排トナーボックスの従来例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｔ’    排トナー
Ａ      排トナーボックス
１０    ボックス本体
１１    回転パドル（回転部材）
１２    滑剤
【図１】
2005121849.tif 000003
【図２】
2005121849.tif 000004
【図３】
2005121849.tif 000005
【図４】
2005121849.tif 000006
【図５】
2005121849.tif 000007
【図６】
2005121849.tif 000008
【図７】
2005121849.tif 000009
【図８】
2005121849.tif 000010